Actividad tormentosa en la península y áreas limítrofes durante el verano de 1994

AREA DE PREDICCION

SERVIOO DE 1ECNICAS DE ANAilSIS Y

PREDICCION

NOfA 1ECNICA

N

23

EDIOON

28-Sepüembre-95

REVISION

-0-ACIIVIDAD 10RMENTOSA EN lA

PENINSUIA Y AREAS LIMITROFES

DURANTE EL VERANO DE 1994

Fnmcisco 1\fartín León

INDICE

IN1RODUCCION

l. ALGUNAS CONSIDERAOONF.S PREVIAS SOBRE lA RED DEL INM: PROCFSOS

DE LOCALIZAOÓN Y PARAMEIROS DE ERROR DE :f.laiiOONAMIENID.

l.a. Sobre la red del INM

l. b. Sobre la localización de los rayos y parámetros asociados.

l.c. Sobre la exactitud de la localización.

2. DIS1RIBUOON 1EMPORAL Y ESPACIAL DE LOS RAYOS.

2.a. Distribución temporal.

2. b. Distribución espacial de días de tormentas y rayos.

3. CARACIERISTICAS DE lA MUES1RA EN REIAOON CON LOS PARAMEIROS DE EXACIIIlJD DE :f.laiiOONAMIENTO.

3.a. Agrupación de los rayos en función del semieje mayor de la elipse de error, A,

y de CHI2

•

3.b. Distribución espacial de A y CI-If·

4. DIS1RIBUOON 1EMPORAL Y ESPACIAL DE LOS RAYOS Qt.JE CUMPLEN DEIERMINADAS ESPECIF1CAOONF.S EN SU :f.laiiOONAMIENID.

4.a Distribución temporal.

4.b. Distribución espacial de rayos.

5. CONCLUSIONES.

INIRODUCCION

El objetivo de este trabajo es tratar de caracterizar la actividad tormentosa durante el período estival (Junio,Julio y Agosto) de 1994 en una gran parte la península Ibérica y zonas limítrofes (ver ventana de trabajo en las siguientes figuras, por ejemplo en la Fig. 3a) limitada por las siguientes coordenadas:

LON()=90 LONE=-4°

Queda fuera de la ventana, las zonas más occidentales de Galicia y gran parte de la isla de

Menorca.

Se estudiaran en esta nota el papel del ciclo diurno en la generación de los rayos, su distribución espacial y su evolución temporal, se analizarán algunos resultados obtenidos al trabajar con parte de la muestra al considerar sólo algunos tipos de rayos que cumplan ciertas condiciones en cuanto a especificaciones de su localización. Por último, y a la vista de los

resultados, se dan algunos consejos prácticos sobre el uso de estos datos. No se hará

referencia a las causas meteorológicas que condicionan y controlan dicha actividad.

Hay que hacer notar que es la primera vez que se hace un estudio objetivo de estas

características sobre toda Península y sus cercanías. Parte de los resultados se compararán con los obtenidos en la Climatología de España y Portugal de Font Tullot (ver referencias bibliográficas al fmal de la Nota según sus númeraciones: 1 ).

Destacar que es durante este período cuando se concentra la mayor cantidad de rayos de todo el año (4) aunque el porcentaje puede ser aún significativo en Septiembre y Octubre, preferentemente en las zonas mediterráneas. Como hechos notables resaltemos que se generaron varios SCM en la zona Norte peninsular. Estos hechos va a determinar la distribución espacial de los rayos en estas áreas.

Los datos de rayos se obtuvieron (casi todos) de los ingestados en el sistema SAlDAS. Se

analizaron día por día los datos de la muestra y los que presentaban ciertas irregularidades se solicitaron al Servicio de Teledetección. En la mayoría de los casos correspondían a períodos con mucha actividad eléctrica que poseían "lagunas" de rayos en ciertos momentos del día.

Los parámetros de interés recayeron en los básicos que defmen al rayo: posición y momento de la descarga, así como los asociados a los parámetros relativos al error de localización.

Estos últimos son importantes ya que la ventana de estudio corresponde a una amplia zona

donde los enures y fiabilidad del datos varian de forma considerable de tm

lugar

a otro Hay

que resaltar que inicialmente el objetivo del trabajo era el de la caracterización de la actividad tormentosa en si misma, pero a la vista de ciertos resultados, y de la experiencia objetiva y subjetiva del personal del STAP, se decidió realizar un estudio de la calidad de los datos y

su repercusión en los resultados de la muestra al considerar sólo los datos de los rayos más

fiables, con el fm de poder proporcionar algunas recomendaciones generales.

l. ALGUNAS CONSIDERAOONFS PREVIAS SOBRE lA RED DEL INM: PROCESOS DE LOCAUZAOÓN Y PARAMEIROS DE ERROR DE POSIOONAMIENTO.

l.a. Sobre la red del INM

No es objetivo de esta nota técnica y no se va a entrar en detalle en la descripción de la red y de los parámetros que suministra (4,8). Indicar que esta fonnada por 14 antenas, Fig la, distribuidas estratégicamente por el territorio peninsular (trece) y balear (una) que hacen que la cobertura teórica sea muy buena en la wna peninsular y mediterráneo catalano-balear y en menor medida en el Golfo de Cádiz, Alborán y wnas más occidentales de Galicia. Lógicamente a medida que nos alejamos de la red la eficiencia de detección de los rayos disminuye y los errores de posicionamiento aumentan.

Detectado un rayo, por diferentes antenas, se envían los datos desde cada una de ellas al concentrador y analizador de la red, ubicado en Madrid, para la generación, si procede, de un conjunto de parámetros asociados a dicho rayo, que entre otros son: localización temporal y espacial más probable, polaridad (negativo o positivo), número de subdescargas, intensidad nonnalizada, táctica o método de localización empleado, datos sobre errores de posicionamiento y antenas que lo detectaron. El sistema sólo es capaz de detectar rayos ( descargas de Nube a Tierra).

Esta información es ingestada, casi en tiempo real, al sistema SAlDAS para su uso en las diferentes unidades del INM (predicción, estudios y desarrollo, etc). Es a partir de aquí donde se ha obtenido gran parte de la base de datos de trabajo.

En los siguientes apartados vamos a describir brevemente algunos elementos relacionados con los métodos de localización y errores de posicionamiento. La Sección de Teledetección Terrestre (SST, desde ahora) del INM tiene la intención de publicar una Nota donde se documenten de fonna más detallada estos elementos y el significado de los parámetros asociados.

l. h Sobre la localización de los myos

y

(llnÍIIIetros ~ociados.

De la muestra de trabajo consideramos, básicamente, dos tipos de rayos, Fig. lb:

1) Los triangulados. Son aquellos que para su localización han intervenido solamente dos

ante~. La posición se obtiene por la intersección de las direcciones derivadas de cada antena. Existen tres métodos de diferentes de localización (6,8): la triangulación propiamente dicha, el método de "baseline" y especial de triangulación por saturación de una de las antenas.

2) Los optimizados. Rayos que para su localización intervienen tres o rmti ante~. La localización se lleva a cabo por un método más complejo pero rmti exacto que el primero.

- - - : : g

2 4 6 8 lO 12 14 (Km)

Fig. la EITores máximos de localización

Fig. lb Métodos de localización

y

parámetros asociados

OPTIMIZADOS

TRIANGULADOS

~

1 ng de sensores que detectaron el rayo 1

..

...

12

>2

SI _{Mayo demasiado}

entrada a la ... _{cerca del detector?}

subrutina de

....

NOI

selección de

sensores NO ¿son los vectores

método especial directores paralelos?

....

de triangulación

Sil

.

..

cálculo razón de

método de

.,

intensidades

optimización método de T

\ , , / / triangulación 1 método de

línea base

..

~

1

s~nsor

'\.

-~

J

1

1/

/

• 1

.

~~

_•

/ /

. /

.

A B ELA (elipse de error)

CHI

2

DFl DF2 DF2 DF4

•

•

•

2_

-- --

-A B EL-A CHI O

El sistema de detección de rayos suministra un conjunto de parámetros relativos al grado de

exactitud de la localización de cada rayo, ya que su posicionarrúento no esta perfectamente

detenninado al existir unos errores de localización intrínsecos a las características de la red (errores aleatorios y sistemáticos). Los parámetros relativos a la localización que suministra el sistema son (en paréntesis encontramos sus nombres en SAlDAS):

- Posición más probable del rayo (LA T y LON).

-FJipse de enur. Es la región donde la probabilidad de encontrar al rayo es de un 39% (dato

suministrado por la STT). Los parámetros que la definen son: el semieje mayor (~.en Km)

y menor (B,en Km) de la elipse, orientación de dicha elipse (E~ en grados). De los tres,

el más significativo es A

-Valor de

CHf.

Cuando tres o más antenas localizan a un rayo (optimizado), el proceso de

localización consiste en un ajuste por mínimos cuadrados de las diversas intersecciones que

se producen entre pares de antenas (7). La· mejor localización es aquella que minimiza la

fimción chicuadrado de Pearson (Cffi2 en SAlDAS). Cuanto más bajo sea este número mejor

habrá sido el ajuste y la calidad del dato. Para los triangulados (detectados por solo dos

antenas) este proceso no se puede llevar a cabo y su valor se pone a cero.

-Antenas que detectaron el rayo. En el sistema SAlDAS se almacenan sólo hasta 4 antenas que detectaron el rayo (DFl, DF2, DF3 y DF4). Dos si fue triangulado (DFl, DF2). A cada valor numérico le corresponde una antena determinada Estos parámetros pueden no estar disponibles en el sistema SAlDAS.

-Método de localización empleado (MLOC). "O" para el rayo que se ha obtenido por el

método de optimización, "T' para el triangulado propiamente dicho, 11

S" para el especial

triangulado por saturación de la señal y "B11

para el triangulado tipo "baseline11

•

Dumnte 1994 la ingestión de los datos de myos en SAlDAS se realizó de fonna que pam

todos los triangulados los datos de la elipse de enur fueron cero (A=B=EIA=O). A partir de

Junio de 1995 los triangulados poseen ya información sobre su elipse de error. En

nuestro

estudio sólo considenu:emos dos tipos de myos: todos los tipos de triangulados como tales,

y los optimizados.

A modo de resumen, podemos decir que el grado de precisión y confianza sobre la localización y posicionamiento de un rayo disminuye al aumentar A (semieje mayor) y Cill,

respectivamente. Rayos con valores bajos de A y

Cl--W

serán de mayor confianza que aquellos

otros con valores más elevados. En los triangulados, y para la Campaña-94

2. DIS1RIBUOÓN 1EMPORAL Y ESPACIAL DE I..O; RAYOS.

Se tomaron todos los rayos de la muestra y se analizaron su distribución temporal y espacial, separando los negativos (mucho más numerosos y en primera instancia) de los positivos, obteniéndose estos resultados:

2. a) Distribt«:ión temporal.

En la figura siguiente, Fig 2, podemos observar cuatro paneles elementales. El superior izquierdo nos muestra la evolución diaria de los rayos en toda la campaña, donde se observa

la gran variabilidad diaria y el poreentaje elevado de negativos (barras negras desde ahora)

frente a los positivos (barras blancas). El superior derecho representa el porcentaje de rayos

que se dieron en toda la campaña pero agrupados por las horas en que se detectaron. Es fácil

ver el gran influjo que tiene el papel del calentamiento diurno, de forma que la mayoría de

los rayos se concentran después del mediodía No es desdeñable la proporción de los detectados a primeras horas del día y durante la noche, de forma que la convección noctwna es significativa en la zona de estudio, a diferencia de la obtenida para la zona Centro durante la Campaña de 1993 ( 5).

Los paneles inferiores nos muestran los porcentajes de los primeros (izquierda) y últimos rayos (derecha). De nuevo el ciclo diurno nos deja su señal inequívoca de su papel en la

generación de la actividad tormentosa. Las horas superiores a las 23 z se refieren a las horas

del día siguiente de uno dado en que la convección perduró más allá de la media noche. Así

rayos de las 24 z se refieren a los detectados entre 00~01 z del día siguiente del comienzo de

la actividad tormentosa.

2.b) Distribt«:ión esptriol de dios de tonnentas y nfYOS.

Todas las distribuciones espaciales de la muestra se obtuvieron para cajas de 0.4~0.4° y sin

someterlas a ningún proceso de depuración, que eliminara la contribución de ciertos rayos mal posicionados. Los resultados los pasamos analizar seguidamente.

*Días con tonnentas. En la próxima figura, Fig. 3a, observamos el influjo de la orografia y continentalidad en la distribución de los días con tormentas y del número de rayos. Se consideró un día con tonnenta, en una cuadrícula determinada, cuando se detectó al menos un rayo en dicha rejilla

Es importante comparar las distribuciones de días con tormentas y la distribución de rayos

con objeto de discriminar entre zonas muy eficientes y poco eficientes en la generación de

rayos o por contra áreas de mínimos relativos de días pero con máximas concentraciones de descargas.

Vemos que los máximos relativos días con tormentas, figura superior, para el año 1994 se concentraron en las zonas próximas a las altas cordilleras, tierras altas de la meseta superior y Valle del Ebro: Pirineos (destacando el catalán con más de 29 días), Sistema Ibérico (sobre

todo en la provincia de Teruel, con más de 22), zonas de la cordillera Cantábrica (áreas

~t¡. Número de neg. (x1 000) 20 r=~-~-~C:?S?TGT27~<SE7~00~002BG8008

15 5 o

"

':f>~ 30% 25% 200,6 15% 10% 5% 0%

...

~ ':j'>~ ~t¡. rl'

"

'::.~

...

~ '::.~ rl' Día '!:1" '::.~ rl'

...

~ ~ .,.o;r: q¡ Evolución diaria de rayos neg. y pos. (neg. en negro y pos. en blanco) Porcentajes '!:11;) ~o t¡.'f! q¡

o

2 4 6 8 1

o

12 1 4 16 1 8 20 22 Hora Z

Porcentaje

de

los

primeros

rayos

nAn fh::1rra neara) v oos. (barra blanca) -·---~-·~ -· Porcentaje

14 12 10 8 6 4 2

o

o

Fig.

2

16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0%

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Hora Z

Porcentaje

horario

de

rayos

neg.(barra

negra)

pos.

(barra

blanca)

Porcentajes

14 12 10 8 6 4 2

o

LON

Fig. 3a Distribución de días de tonnentas (0.40:X0.4

j

Fig. 3b Número medio estival de días de tonnentas

(Adaptado de Inocencio F. Tullot)

Los núnimos se concentraron en las zonas de la vertiente atlántica y gran parte del interior de Andalucía. En la zona costera Mediterránea, los mínimos se situaron en el SE peninsular, Alborán , Islas Baleares y las zonas marítimas del sur.

El influjo terrestre (sobre todo orográfico) es notorio como corresponde a la inestabilidad· convectiva que se genera sobre la península durante los días estivales. Por contra, las zonas marítimas (donde la inestabilidad en capas bajas se ve amortiguada al efecto regulador y

estabilizador del agua, que en esta época del año está relativamente más fría que las zonas

del interior) y las terrestres con influencias atlánticas o mediterráneas concentran los núnimos. Los flujos predominantes de los Oestes trasladaron ciertos focos tormentosos hacia la región marítima catalano-balear desde el cuadrante nororiental peninsular, siendo esta la zona más activa durante esta época del año respecto a las otras zonas con grandes masas de agua.

Resulta muy interesante el comparar estos resultados objetivos de esta. campaña (sólo tres

meses en 1994) con los de tipo climatológicos, haciendo uso para ello de la figura 47 del

libro "Climatología de España y Portugal" de Font Tullot, Fig. 3b en nuestro caso, referente al tema de las tormentas estivales ( 1 ).

Respecto al número de días con tormentas, Fig. 3 a y b, podemos observar que existen

grandes similitudes entre ambas figuras:

-La vertiente atlántica ofrece núnimosrelativos de frecuencia: Portugal, Extremadura y gran

parte de Andalucía occidental. ·

-La mayor frecuencia de días en las cercanías de las aéreas montañosas: Pirineos, Ibérico,

Central, Picos de Europa, S. Neveda,etc.

-La mayor concentración de días con tormentas en el cuadrante nororiental de la península.

Lógicamente existen algunas diferencias notable, como era lógico esperar, entre ambos tipos de muestras, sobre todo en la zona mediterránea, tanto en su vertiente costera como en la zona marítima por la ausencia de datos.

*Distribución de myos negativos y positivos. Las mismas consideraciones anteriores valen aquí, Fig. 4, pero con ciertas matizaciones ya que, aunque en las zonas altas se dieron las mayores concentraciones de días con tormentas, y a la vez la máxima actividad tormentosa, también existen otras donde esto no ocurrió.

El caso más llamativo es la zona comprendida por la región oriental de la Comunidad de Cantabria, NE de Castilla-León y zona occidental del País Vasco. Cuando se trata de analizar las causas que generaron tal singularidad se detecta la existencia de varios SCM,s que se formaron en dicha región durante los primero días de Agosto. Como se sabe, estos elementos tormentosos presentan un elevado grado de organización, que los hacen acreedores de ser unos elementos que más rayos pueden generar durante ciertos períodos de su ciclo de vida (9).

Cuando descendemos hacia el Sur podemos observar como las áreas tormentosas de carácter orográfico, reducen su eficiencia en la generación de rayos, como es el caso de las

estribaciones del Sistema Ibérico y Bético en sus vertientes más meridional y occidental,

2700 2000 23JO 2100 2000 1000

§

14)0

1a:JO 1000 800

400

200 100 óO

LON

Distribución de rayos negativos en 24 horas

13J 12) 110 100 90

~ 80

<;

...J ₇₀

q

60

óO 40 30 20 10

LON

Distribución de rayos positivos en 24 horas

LON

Distribución de rayos ne~:ativos entre las 00"06 z

LON

Distribucion espacial de rayos ne,aüvos entre 06-12 z

LON

Distribución espacial de rayos negativos entre 12-18 z

LON

Distribución de rayos necativos entre 18-24 z

Los rayos positivos (con una escala asociada diferente a los negativos) parecen mostrar un apego orográfico mucho más acentuado que los negativos y, en general, se concentraron ligeramente en las proximidades de las máximas concentraciones de los negativos aunque con una notable diferencia en la zona pirenáica

En la figura siguiente, Fig 5, se tiene la distribución de los rayos negativos, pero en intervalos de 6 horas. Ya que el número de estos entre 00 y 12 z fue mucho más bajo que

en las horas siguientes, se utilizaron dos escalas diferentes para dichos períodos (00-12z y

12-24z).

Las estructuras que se observan entre 00-06 y 06-12 z estuvieron asociadas, en la mayoría de

los casos, a tormentas ligadas a estructura amplias y de tipo sinóptico (la situada en la Meseta inferior y Extremadura, por una parte y la zona marítima catalano-balear, por la otra), al carácter especial de ciertos focos convectivos (los SCMs que se formaron en las cercanías de la cornisa cantábrica) y a los primeros focos tormentosos que se suelen disparar en el Pirineo catalán (Lérida) entre las 06 y 12 z. Por contra los efectos de la orográfia y del calentamiento diurno en el desarrollo y mantenimiento de la convección son notorios en la distribución de los rayos entre las 12-18 z y 18-24 z. En este último período es cuando en las zona llanas la actividad tormentosa parece disiparse con mayor eficiencia

3. CARACIERISTICAS DE lA MUFS'IRA EN RELAOON CUN 1..05 PARAMEIROi DE EXACll1UD DE POSIOONAMIENID

Hasta ahora se han considerado todos los rayos que fueron detectados por la red sin excluir

ninguno. De la experiencia sobre su utilización en SAlDAS y tiempo real, se han observado

que algunos de ellos llevan asociados valores muy altos de CHf y A, relativos al bajo grado de confianza y alto error de su posición, respectivamente. Este hecho es muy importante no

solo en las labores opemtivas de vigilancia y seguimiento de fenómenos tonnentosos sino en

los estudios más genemles de caracterización de la convección en periodos más amplios. Por

otra parte la única referencia escrita y documentada sobre parte de estos hechos era la suministrada por la propia empresa constructora, relativo a los máximos errores de posicionamiento (Fig 1) y algunos puntos en las referencias bibliográficas (3, 7). Desgraciadamente, y antes de 1995, no poseíamos información equivalente de los

triangulados, por lo que o bien se podrían haber eliminado por completo o se podrían

mantener, con las consiguientes reservas.

La idea de caracterizar ciertos parámetros sobre la localización de los rayos es importante ya que la eliminación o filtrado de ciertos rayos nos puede llevar a otro tipo de resultados y conclusiones. Para ello se siguieron los siguientes pasos:

-Agrupación de los rayos optimizados por clases según su semieje mayor (A) y su

valor de CHI2 _{(durante la campaña de 1994 los rayos triangulados no poseían valores}

asociados a dichos parámetros). Se tomó el semieje mayor (A) como una medida de

referencia que podía indicar, de forma aproximada, el mayor error espacial asociado a cada rayo, independientemente de su significado en la elipse de error .

-Distribución espacial de los valores medios de A y CHf así como de sus desviaciones típicas.

-Caracterización de la actividad tormentosa según los rayos "más fiables", entendiéndose como tal, aquellos que resultaban de eliminar o filtrar la muestra según unos valores de A y CI-IF.

a- Agropoción de los rqvos en función del semieje mayor de la elipse de eiTOr, A, y de CHI.

En la figura, Fig 6, se presentan los porcentajes y número de rayos optimizados agrupados por unas intervalos determinados, más los triangulados (recordar que estos últimos y, para el año 1994, los vaiores asignados fueron A=B=EIA=CI-If2=0). En la superior izquierda podemos observar el número de rayos agrupados en clases según A (en barras blancas, con la escala en el eje Y de la derecha, los triangulados en barra negra) y el porcentaje acumulado

de rayos optimizados (en línea continua y escala en el eje Y de la izquierda). La

gran

mayoría de los rayos optimizados (más de 70.000) poseen un semieje mayor comprendido entre 2 y 4 Km, superando en número a los triangulados (más de 60.000). Además el 95%

de los optimizados se encuentran con valores de A menor que 1 O

Km.

100,-~~~~~~~~~~~~~~T

--90 g¡

80 e 70 ()) 60 "(ij"' 50

e

4o ~ 30

o

20 D..

10 o

..JL~J:::::3L...J;:;:;~>-ll_<o=_Jco=-~_jl0=.,_-:'cv=~ .._<o .._co ~

r6>

~· " / / , , " / / , "'1 ~~ 10 ~ ~>-<o co' .,_10 ... ~ .,_~>-.,_<o .,_co .<..~ Valores de A (Km) Porcentaje acumulado de rayos optimizados (línea) 80-.

o o o

60

x

cJi tU

40

t:: tU _{..0 ..._..}

20

<!) o >- tU

o a:: Número de rayos (en barras: blancas-optimizados,negra-triangulados Total rayos optimizados: 121.509 1 00 1 >:.:::;:;;;:;:::::;;;:::::;;;::;::;·· .,:,:,{:,:,:,:, ;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;: ::::;:;:;:;:;:;:;:;:;:::;:;:::::;::;:;:·;:;:;:;:::;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;. ::::::::::::;:;:;:;:;:;:,:,·,:, ,:,::,:;:::;:;:::;:::::::::::,::::::::: :;:;::::::1 60

o

8

50 o ..--80 -~ X

-40 ~

<!) ~

60 ~ ~ 30 -~ ()) tU 40

....

'U e 20 ~ ~ ._ ()) 20 o E 10 D..

-:J z

o· Triang. Opt1. Opt2. Opt3. Opt4. Tipo de rayo Triang. Rayos triangulados (62.146). Opt1. Rayos con 0<A<=5 y 0<=CHI2<=1 O (88.4~) Opt2. ldem pero A>5 y 0<=CHI2<=10 (8.606). Opt3.1dem pero O<A< =5 y CHI2>19 (19.325) Opt4.1dem pero A>5 y CHI2> 1 O (2.811). Total181.373.

Fig.

6

~ 100 100 90

--.

8

m

80 80 o e 70 ..--,_ X ::::::::.. 60 60 ~ ()) ._ "(ij"' 50 tU

e

4o 40

..0

-~ 30 <!) ._ o o 20 20 ~ D.. 10 a:: o o !>. co ~ .._<o ~ ~ ~ I:!J~ I:!J<o ~ ~ ~· ~

rx

t:(f.._ ~

ro

~ tx ~ n; fó "'~ .;,..~

...

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~ Valores de CHI2 Porcentaje acumulado de rayos optimizados (linea) Número de ravos (en barras:blancas-optimizados, negra-triangulados) 120 1 ,.;.;.;.;.;.,:.;.:.::::::::::':!:!:':':':':'"''''''''''''''''''''''"'''''"''"''''''''''''''''''''''''''''''''''''' :;:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::;:;:::::::::;.;:;:;:;:: .;:::::::::::: ::::::::::::::::::::::::;:: :·::::::::·:·:-:-:-:1 70

o

g

100

o ..--.~ X 50 ií

..._.. <!)

80

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o ~

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._

60:

30

~

()) _'U

()) ~ 40: 20 ~ .. ()) :l o E 20••· 10 D..

-:J

z

durante largos periodos, grado de la bondad de funcionamiento y/o calibración de cierta(s) antena(s), posición del rayo respecto a la cobertura de la red, etc).

Del mismo modo se ha representado estos rayos en función de su valor de CHf de fonna que

cerca de 80.000 rayos optimizados (barra blanca, eje Y de la derecha) poseen valores de

CHI2 _{entre O y 4 y el 95% (en línea continua) se encuentra con valores inferiores a 16.}

Si agrupamos los rayos teniendo en cuenta ambos parámetros (A y CHf) y tomando como referencia subjetiva dos pares de valores, podemos observar como se distribuyen y agrupan los rayos:

a) Valores de referencia de A=lO Km y CHJ.2=14 (estos valores son algo elevados),

tenemos la figura inferior derecha En barras negras vemos el número de rayos que

cumplen las condiciones de A y C:fff, con el eje Y asociado a la izquierda. Las barras

blancas representan el porcenuye relativo respecto al total, eje Y derecho. Como

podemos observar existe una

gran

cantidad de rayos triangulados (62.146, 35% del

total), pero la mayoría son del tipo optimizado con valores comprendidos entre

u;;

A::::;! O y og:HJ2:::; 14 (108.765, 60% del total). El resto es un número muy reducido

de rayos respecto al total de la muestra.

b)Ídem pero con A=5 Km y CHf=lO, para la superior derecha. Seguimos con un

elevado porcentaje de rayos optimizados que cumplen estas condiciones restrictivas,

o::;

AS5 y og:HJ2:::;1

o

(88.485, 51% del total)

El parámetro A es algo intuitivo y su cuantificación es fácilmente asinúlable ya que nos daría una medida del máximo error espacial que se podría asociar al rayo.

No ocurre lo mismo con el CHI2: La localización óptima del rayo es la que minimiza la

función chicuadrado de Pearson. Los valores de CHf nos darían el grado de confianza en la medida de la posición del rayo. Si en un momento determinado existen dos o más zonas

tormentosas con

gran

cantidad de rayos próximas a un sensor, este podría contribuir a dar

valores de CHI2 elevados incluso en el caso que el valor de A sea pequeño. Sabemos que la

empresa constructora sugiere utilizar valores comprendidos entre O y 5 (o incluso menos), pero valores de 1 O unidades pueden ser considerados como asociados a rayos aceptablemente localizados.

En términos generales, podremos encontrar que, en igualdad de condiciones de funcionamiento de la red, los rayos optimizados muy alejados de élla tendrán valores de A

altos, tanto más cuanto más alejados, y habrán sido localizados por dos antenas o a lo sumo

por tres o cuatro. En este último caso, su Cill suele ser bajo, ya que habrá sido detectado por tres o más antenas. Por contra, rayos que se detectan dentro de la península poseerán valores de A relativamente mas bajos y valores de Cill también bajos en general, salvo en el caso comentado con anterioridad.

b.- Distriboción esptrial de A y CHI.

Con toda la muestra se obtuvieron la distribución espacial de los valores medios de Ay CHf así como .las desviaciones típicas de ambos.

Antes de analizar las figuras debemos de tener en cuenta de que existen zonas en las que: -No se detectaron rayos y por tanto los valores resultantes van a ser cero. No podremos sacar conclusiones en dichas áreas.

-Existen muy pocos rayos y las contribuciones de alguno de ellos, con valores muy altos, pueden producir los llamados "ojos de buey" al ser representado con el resto de la muestra. Este hecho también se puede producir en zonas donde, aún existiendo muchos rayos, aparecen algunos con valores de un parámetro muy elevado.

En el panel superior de la Fig. 7 se representa los valores medios y desviaciones típica de A de todos los rayos de la muestra. Comparándo la figura superior con la asociada a los valores máximos de los errores de posición (aunque en si misma no son iguales) suministrada por la empresa, podemos ver que:

-La zonas de mejor resolución parecen corresponder a la Meseta Norte, Valle del Ebro,

Pirineos, Comunidad valenciana,zonas orientales de Casólla-I.a l\tlancba, pute centml y

oriental de la comisa cantábrica y algunas zonas mariómas del mar catalano-balear, con

valores del semieje mayos del orden de 3-4 Km, en incluso menos en el interior península. -Los valores medios de los semiejes mayores de los rayos de la muestra aumentan al alejamos

de la red, como era de esperar, en: Galicia, norte de Portugal y sur de Francia Las

distribuciones se vuelven muy ruidosas y sin significado allí donde el número de rayos fue muy reducido y con valores muy elevados de alguno de los parámetros asociados como son las zonas de Norte de Africa y zonas marítimas del sur de Baleares.

-Se han obtenido valores relativamente más altos en ciertas zonas donde la cobertura de la

red era teóricamente mejor y que pueden estar asociadas a posibles problemas intrínsecos de alguna de las antenas de la red (caídas durante largos períodos de tiempo, falta de línea telefónica, calibración, perdida de la eficiencia de detección, ubicación de alguna antena en

zona no óptima, etc). Como ejemplos más significativos y para este estudio, tenemos:

* I.a zona oriental de Gltaluña, que incluso se prolonga hacia Francia en forma de

lengua muy marcada Esta distribución de valores relativamente altos de A, pudo estar

ligado, entre otras razones, a problemas de la antena que se encuentra en Reus (Ta).

*Znna septentrional de las Islas Baleares. La falta de datos desde la antena del

aeropuerto de Palma de :Mallorca, por problemas de líneas, pudo ser la causa de esta singularidad.

*Gran pute de Andalucía oriental, sur de Casólla-I.a l\tlancha y zonas costeras de

Murcia y Almeria. Estas zonas son lo suficientemente amplias como para pensar que fueron causadas únicamente por la perdida de eficiencia de una antena. Parece ser que la antena de Hinojosa del Duque (Co) funcionó con algunas irregularidades, así como la de Arrnilla (Gra), que al encontrarse situada en una zona rodeada de montañas, puede repercutir en una menor capacidad de detección y localización de rayos. *En general casi todas las zonas costeras y marítimas.

LON

Valores medios del semieje mayor, A

~ 40

..J

39

38

37

o

361~--~--~--~--~~~~--~--~---r--~K-,---~~

-'! -'! ·1 ~ -ó -4 -3 -2 -1 o 3

LON

Desviaciones tfpicas del Semieje mayor

En cuanto a las desviaciones típicas de ~ podemos decir que se sitúan entre uno y dos kilómetros (Fig 7, panel inferior) en casi toda la península, menos en las áreas singulares

enumeradas anteriormente, donde los valores pueden llegar hasta los seis y siete

Km.

Respecto a CI-IT2

, figuras no mostrada aquí, la distribución espacial de sus valores medios y

desviaciones típicas no ofrecen una estructura fácilmente identificable a la cobertura de la red,

como es el caso de ~ sino que parecen obedecer más bien a la propia distribución de los

...

4. DIS1RIBUOÓN 1EMPORAL Y F.SPAOAL DE lOS RAY05

QUE

ClTMPLEN

DEIERMINADAS F.SPECIFICAOONF.S EN SU POSIOONAMIEN'IO.

Al comienzo del estudio se tomó toda la muestra sin tener en cuenta las características de

posicionamiento de los rayos. Cabría preguntarse si la eliminación de los rayos que no cumplen ciertas limitaciones respecto a la calidad o confianza de su posicionamiento podrían alterar los resultados del trabajo de forma notable. Para éllo se repitió los procesos del apartado 2, imponiendo ciertas limitaciones a la base de datos. Como el número de gráficas

es muy elevado, sólo se mostrarán los resultados más significativos y alguna de las gráficas

correspondientes.

Para ello se separaron los rayos en:

- Sólo los triangulados.

- Sólo los optimizados, tales que O < k5: a1 y O ~ CHf ~ c1 siendo a1 y c1 lU1os

parámetros que nos ofrezcan cierta fiabilidad en el posicionamiento del rayo. -Otros.

4.a Distrib~ión temporal.

La distribución temporal de los rayos, en nuestra ventana de estudio, esta ligada íntimamente

al ciclo diurno durante la época estival, como quedó de manifiesto en las gráficas

correspondientes del apartado 2.a, por lo que, independientemente de la forma en que el sistema detecte a los rayos, las gráficas de la distribución temporal para las distintos tipos de descargas coinciden con las presentadas en la Fig.2, con las diferencias lógicas de tipo

cuantitativo por lo que no se van a mostrar aquí. Las posibles diferencias y matizaciones

pueden provenir de las distribuciones espaciales que pasaremos a analizarlas.

4.b. Distrib~ión espa::ial de lt!VOS.

1.- Triangulados. En la figura adjlll1ta, Fig 8, tenemos la distribución de los rayos y número de días de los triangulados, donde se ha mantenido la escala de referencia inicial. Podemos observar que la distribución espacial se parece a la asociadas a la muestra total, salvo que los

valores de los máximos relativos es mucho menor que la total, como era de esperar. Lo más

significativo es que en el interior de la penímula, y por tanto en zonas de buena cobertura

de la red existe una gran cantidad de myos cuya localizución se realizó por tan sólo dos

antenas, cuando podríamos esperar que lo hicieran varias de ellas y justamente allí donde

existió gran actividad tormentosa Sobre sus errores de posicionamiento no se pudieron

cuantificar en esta campaña-94 por falta de asignación de datos.

2.- Optimizados. Se tomaron, de toda la muestra, aquellos rayos que cumplieran ciertas especificaciones que nos garantizarán cierta fiabilidad en la localización del rayo, tomando

como base los valores de A y CHI2, dados por las relaciones:

O < M:; a₁ y O ~ CHI2 c₁

La muestra que vamos a estudiar estaba caracterizada por los rayos optimizados con los

!;;( ...J

3

q

4

o

LON

Distribución de rayos triangulados

Distribución de días de tormentas de rayos triangulados

-8 -6 -4 -2

LON

Fig. 8

o

2

2700 2000 23:10 2100 2000

1000 14JO 1200 1000 800

400

100

<

E--t

j

40

38

-8 -6 -4 -2

LON

o

2

2

Distribución de rayos optimizados con:

O<A~4

CID-::; 2

-8 -6 -4 -2

LON

o

2

Distribución de días de tom1entas de rayos optimizados

Fig. 9

4

' i

Se podían haber tomados especificaciones menos restrictivas en función del grado de confianza y bondad del posicionamiento deseado. Estos valores se han tomado teniendo en

cuenta que el semieje mayor (del orden de 4 Km) tenga un valor del mismo orden que la

resolución de las imágenes IR de Meteosat sobre la península (6-7 Km) y un valor de Cill

de 2 unidades para garantizar la alta calidad de los datos.

En la Fig. 9 podemos observar la distribución de los rayos optimizados con diferente intervalo de contoméo que el utilizado con anterioridad (de 25 en 25, con una máximo de 57 4 rayos en el Pirineo central). Si lo comparamos con la figura equivalente de la muestra total (Fig. 4, aunque en está sólo se han utilizado los negativos que son la amplia mayoría) podremos

ver que las zonas más importantes donde se generaron rayos se mantienen (sistemas

montañosos) aunque sus valores cuantitativos disminuyen. Por contra las zonas más alejadas

y con peor cobertura teórica desaparecen o disminuyen llamativamente: aéreas marítimas del

Cantábrico, casi todo el sur y sureste de Francia, zo~ mariüma de la región catalano-balear

(muy especialmente la pute más oriental de la provincia de Gerona) Meseta sur, Comunidad

Valenciana, Andalucía y Galicia.

Las mismas consideraciones valen cuando consideramos los días de tormentas con tan

solamente los optimizados de cierta confianza, Fig 9 inferior con un intervalo de contoméo de 2 en 2, y la comparamos con la Fig 3a. Existen lugares donde los valores de días con

tormentas caen más del 50o/o, como ocurre en las tierras altas de Andalucía oriental donde se

pasa de 12-13 a 4-5 días. El máximo se sigue manteniendo en el Pirineo Central con 20-21 días, cuando era de 30-32 en la muestra total.

Por lo tanto las variaciones más significativas se aprecian allí donde la cobertura teórica de la red es más pobre (en general en Galicia, Andalucía, zonas marítimas) o donde existió una discontinuidad en el funcionam\ento de ciertas antenas que afectaron durante ciertos períodos a la calidad de los datos ( Gerona, en Andalucía oriental en particular).

3.- Otros myos. Muy interesante es analizar la distribución de rayos que tuvieron unos valores

de A y CHI2 _{superiores a unos umbrales y de ver cómo solamente ellos podrían contribuir al}

número de días de tormentas. Para ello se tomaron dos muestras de aquellos rayos tales que

A> 10 y otra , donde CHf> 14.

*Rayos con A> JO Km (valor relativamente alto). En la figura adjunta, Fig 10, podemos

observar la distribución de rayos con un semieje mayor superior a 10 Km. Se observa que la

mayor contribución proviene mayoritariamente de focos tonnentosos muy alejados de la cobertura de la red (SE de Francia), otros donde ésta no es muy buena (Galicia y zonas

marítimas asociadas) por último y de fonna más llamativa, desde otro focos asociados a las

zonas donde existió una gran actividad eléctrica pero donde la cobertura debería ser

relativamente es buena. Al no existir gran cantidad de rayos en el Golfo de Cádiz, Norte de

Africa y zonas limitrofes marítimas, no podemos sacar conclusiones en estas zona.

Si consideramos las zonas donde solamente se han dado myos con A>lO

Km

y no otros,

podemos observar en la figura inferior la distribución espacial de días con tormentas de estas características (tan sólo, uno o dos días contorneados). O lo que es lo mismo, la contribución

de este üpo de rd.)'OS a los días de tonnentas en la muestm global solo puede ser significativa

E-!

j

4

-S

-8

-6 -4

-:2

LON

o

:2

Distribución espacial de los rayos con A> lO Km

-6 -4 -2

LON

o

2

Contribución a los días con tonnentas de los rayos con A> lO Km

Fig.lO

4

42

~

40

..__::¡

38 o

42

~

40

..__::¡

38

-8

-8

-6 -4 -2

o

LON

Distribución espacial de rayos con CHI2 > 14

-6 -4 -2

LON

o

2

Contribución de días con tormentas de rayos con CHI2>14

Fig. 11

4

consideramos la zona de buena cobertura (interior peninsular y Mediterráneo occidental) de la red.

Lo más importante de este apartado es que en zonas de buena cobertura se pueden detectar

algunos rayos optimizados con semiejes mayores superiores a los esperados.

Rayos con CHJ2>14. Las configuraciones asociadas a este tipo de rayos, Fig 11, ya no

dependen tanto de la cobertura de la red sino que parecen más bien depender del grado de la actividad tormentosa; este hecho se aprecia en su distribución espacial del numero de rayos. Como se puede ver en la figura superior las máximas concentraciones se producen allí donde existió y se concentró gran actividad eléctrica, posiblemente en cortos períodos de tiempo. El ejemplo más significativo lo constituye el núcleo de la vertiente norte que estuvo asociado a una zona donde se formaron de forma sucesiva unos SCM,s, con concentraciones muy apreciable.

La figura inferior representa la contribución a de días de tormentas allí donde solamente se

5. CONUDSIONF..S.

Es la primera vez que se realiza un estudio objetivo sobre la caracterización de rayos en la

península y alrededores durante la época estival, donde la actividad tormentosa es uno de los

fenómenos más significativos durante este período. Podemos resumir los resultados expuestos

con anterioridad en los siguientes puntos:

a) Camcteristicas genernles de la actividad tonnentosa.

-La gmn variabilidad diaria en cuanto a la generación de rayos.

-La influencia del ciclo diurno en la desarrollo, mantenimiento y disipación de los focos tormentosos. Aún siendo importante existe una contribución significativa de rayos ligados a convección nocturna.

-El carácter omgnífico en cuanto elemento modulador en la distribución espacial de

los máximos y mínimos de rayos y días con tormentas.

De esta forma podemos observar que las máximas concentraciones se encuentran en

la vertiente norte y en particular focalizada en los grandes sistemas montañosos:

Pirineos (destacando l$ zonas más elevadas de éste) y el Sistema Ibérico en la

vertiente aragonesa. Por contra, el efecto estabilizador de las grandes masas de agua,

que en esta época del año se encuentran más frías que las zonas continentales, y sus

efectos sobre zonas terrestres de su influencia, que introduce unos mínimos muy definidos sobre gran parte del Mediterráneo, Andalucía, Extremadura, Portugal y zonas del mar Cantábrico. En estas zonas marítimas destacan ciertas singularidades, en cuanto al número de días de tormentas y rayos, como son las zona catalano-balear y el Golfo de Vizcaya El origen de estas distribuciones hay que buscarlas en los focos tormentosos que se formaron en la zona terrestre y que se desplazaron con los flujos de componente Oeste y Sur, respectivamente, en dichas regiones. Menor contribución parece existir de los que se formaron directamente sobre el propio mar.

-Pueden existir grandes focos tormentosos muy activos que introducen singularidades en la distribución espacial de rayos, como puede ser el caso de los SCM

b) Enures de posicionamiento y confianza en la localización de los rayos.

-Se observan diferencias cualitativas y cuantitativas en los errores maxunos de localización teóricos, suministrado por la empresa, y los valores medios del semieje mayor, A y siempre y cuando se suponga un grado de relación entre estas magnitudes, que se agudizan en ciertas zonas de la península debido, posiblemente, a la falta de continuidad en el funcionamiento de ciertas antenas y/o equipos asociados (caídas continuas o esporádicas, falta de línea telefónica, calibración, falta de corrección de los errores sistemáticos generados por nuevas construcciones alrededor de las antenas, etc). Durante este periodo ciertas aéreas de Cataluña, Murcia, Alicante, Norte de Baleares, parte de Andalucía Oriental y Castilla-La Mancha, estuvieron afectada por

estos hechos. En otras zonas, la ausencia de rayos, nos obliga a no poder dar una idea

-Parece deducirse que sería necesario dar a conocer, de alguna manera, el grado de fiabilidad de los datos durante períodos detenninados, de forma que las personas o

instituciones que trabajan con estos datos tomaran las precauciones oportunas. Así la

falta de información de una antena durante un largo periodo debería ser notificada de forma adecuada.

-Para el período estudiado, los rayos con mayores errores de posicionamiento, valores de A elevados, se situaron en zonas alejadas a la red, allí donde la cobertura y

eficiencia de la red se degrada con la distancia. Por contra los valores de los rayos con

CHI2 altos parecen estar asociados más a las propias estructuras tormentosas que a la

propia red en sí, de forma que para este período coincide con la situación (y zona) en

que se generaron un conjunto de SCM con gmn actividad tonnentosa en el interior

peninsular.

-Cuando se restringe los rayos de la muestra, a aquellos que cumplan una detenninadas condiciones en cuanto a la fiabilidad en su posicionamiento, y se compara con la muestra total se observa que:

-Las distribuciones tempomles son similares desde el punto de vista cualitativo pero no así desde el punto de vista cuantitativo.

-Las distribuciones es(llCiales parecen mostrar IHl mayor grado variabilidad

y

menos grado de similitud, muy acentuadas allí donde la cobertma de la red

no es muy buena.

-Se deberían fijar o aconsejar unos valores de "corte" o filtrado de rayos para eliminar,

según las circunstancias en las que se vaya a emplear los datos, rayos defectuosamente localizados por el sistema. Estos filtrados deberían ser más restrictivos para estudios detallados y específicos que para las labores operativas de vigilancia atmosférica. En la actualidad ( a fecha de Agosto-95) todo los rayos se ingestan en el sistema SAlDAS sin ningun tipo de filtrado. A título orientativo se podían establecer unos cortes del orden de la resolución de las imágenes de satélite

o radar, con las que se deberían de combinar, del orden de 3 a 4 Km en el semieje

mayor ,A, y nos valores de CHJ.2 del orden de 5 o 1 O unidades, o incluso menos.

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